四川稻城縣地?zé)豳Y源分布及其溫泉水同位素地球化學(xué)特征

四川稻城縣地?zé)豳Y源分布及其溫泉水同位素地球化學(xué)特征

水稻城縣位于四川省西部，青藏高原東南端，橫斷山脈以東。地處北緯27°58′～29°42′,東經(jīng)99°58′～100°38′,平均海拔3500m以上,海拔4500m以上的山峰可見終年積雪和現(xiàn)代冰川。境內(nèi)生態(tài)旅游資源豐富,著名的國(guó)家級(jí)亞丁自然保護(hù)區(qū)是我國(guó)西部一個(gè)重要的生態(tài)旅游區(qū),素有“最后的香格里拉”之稱。縣內(nèi)豐富的地?zé)豳Y源,是其旅游業(yè)的重要組成部分之一。對(duì)該區(qū)地?zé)豳Y源進(jìn)行調(diào)查評(píng)價(jià)與開發(fā)可行性研究,對(duì)旅游資源的合理開發(fā)及利用與發(fā)展經(jīng)濟(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。1水稻城市熱資源的分布特征1.1陸碰撞造山型地帶稻城縣地?zé)嵯到y(tǒng)位于全球性的地中海-喜馬拉雅地?zé)釒У臇|支,即喜馬拉雅地?zé)釒?。喜馬拉雅地?zé)釒挥谟《劝鍓K和歐亞板塊碰撞部位,屬陸—陸碰撞造山型地?zé)釒АＲ蛴《劝鍓K迅速北移和歐亞板塊由北向南阻抗,在這一雙向擠壓所形成的強(qiáng)大應(yīng)力場(chǎng)的持續(xù)作用下,該地帶構(gòu)造、巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,區(qū)域背景熱流值變動(dòng)于80～100mW/m2,最高可達(dá)364mW/m2(沈顯杰等,1991)。這種高熱背景一方面促使地表出現(xiàn)強(qiáng)烈的高溫?zé)犸@示如間歇噴泉、噴氣孔、冒氣地面、水熱爆炸等,另一方面造成大量巖漿和火山活動(dòng),成為地表熱顯示的深部附加熱源。1.2地層及熱儲(chǔ)區(qū)稻城縣位屬三江地槽褶皺系、玉樹-義敦優(yōu)地槽褶皺帶,處于甘孜-理塘蛇綠雜巖次生擴(kuò)張帶與義敦古火山島弧帶接合部位的中南段。主要構(gòu)造線呈北北西、北西方向展布,且以強(qiáng)烈的壓性、壓扭性為主,被后期規(guī)模較小的張性或張扭性斷裂切割,形成一些規(guī)模較大的壓性、壓扭性斷裂和狹長(zhǎng)狀褶皺。該斷裂帶自晚三疊世以來(lái),巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈、地震頻繁,沿?cái)嗔褞Ш蜆?gòu)造弧形張裂隙發(fā)育處有大量熱水溢出,構(gòu)成甘孜、理塘、稻城近南北向展布的熱水束。該區(qū)主要由中生界地層組成,廣泛出露三疊系砂巖、板巖和印支期、燕山期巖漿巖。多期地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,各種構(gòu)造體系相互干擾,相互穿插、復(fù)合,形成一系列以北東、北西向?yàn)橹鞯鸟薨櫤蛿嗔?。印支期、燕山期巖漿巖活動(dòng)明顯,巖漿巖分布廣泛,侵入巖與噴出巖均有出露。區(qū)內(nèi)地?zé)崴畠?chǔ)層由震旦系、寒武系、奧陶系、泥盆系、二疊系中的碳酸鹽巖組成。碳酸鹽巖巖性易碎裂、易發(fā)生巖溶作用,形成溶洞、裂隙等地下水運(yùn)移通道。熱儲(chǔ)蓋層由三疊系領(lǐng)麥溝組、曲噶寺組、圖姆溝組、喇嘛埡組砂板巖組成,保溫防熱擴(kuò)散作用良好,并阻隔淺層地表水向下運(yùn)移。熱儲(chǔ)構(gòu)造主要有礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)135北東走向的東朗斷裂帶、北西走向的赤土斷裂、當(dāng)卓斷裂及北北西走向的解放鄉(xiāng)斷裂和各瓦斷裂等。這些斷裂均為深大斷裂,特別是在斷裂交匯地帶構(gòu)造發(fā)育,巖石破碎,沿深部的斷裂面與熱儲(chǔ)巖層形成溶洞與裂隙,構(gòu)成地下熱水的熱儲(chǔ)空間和徑流通道。而印支期以來(lái)該區(qū)強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)則為地?zé)岬某雎短峁┝松畈繜嵩?。大氣降水沿?cái)嗔褞霛B地下,經(jīng)深循環(huán)加溫加熱后,在構(gòu)造發(fā)育地帶上升出露地表形成溫泉。1.3巖石及其周圍構(gòu)造環(huán)境本區(qū)地?zé)豳Y源分屬三種成因類型:近期火山和巖漿活動(dòng)型、褶皺山區(qū)斷裂構(gòu)造型與深埋盆地型。稻城縣地?zé)豳Y源可能屬于前兩種。目前發(fā)現(xiàn)的溫泉多出露于巖漿體接觸帶,并與深大斷裂有關(guān),溫度較低,為中低溫地?zé)崴?。區(qū)內(nèi)的地?zé)岢雎妒軘鄬印嗔训目刂?呈成帶分布,主要出露于斷裂構(gòu)造的接合部位,且無(wú)一例外地分布于花崗巖體邊緣或周圍,揭示其成因與巖體的侵入密切相關(guān)。以溫泉出露者有20余處,大多分布在金珠鎮(zhèn)、赤土鄉(xiāng)、日瓦鄉(xiāng)等地。(1)瓦關(guān)于水/巖相互作用小的地下水氣水巖石學(xué)特性茹布溫泉處于解放鄉(xiāng)斷裂的貢巴納二長(zhǎng)花崗巖裂隙帶上,泉水溢出于巖體的節(jié)理中。泉口水溫高達(dá)69℃,流量達(dá)25L/s,pH值9.6,屬堿性泉。泉水的礦化度很低,熱儲(chǔ)溫度為73.8℃,表明其地下水徑流速度很快,水/巖相互作用小。各瓦溫泉位于北東走向的當(dāng)卓斷裂帶,泉水從三疊系灰黑色粉砂質(zhì)板巖中溢出。出口處水溫略低(49℃),流量0.6L/s,pH值6.6,屬中性泉。礦化度略高于茹布溫泉,熱儲(chǔ)溫度為106.9℃。熱水在上涌過(guò)程中,有淺層地下水混入。(2)水池的礦化度出露于民主鄉(xiāng)斷層附近。東朗溫泉主泉口處水溫31℃,熱儲(chǔ)溫度為73.6℃,流量0.8L/s,pH值7.6,泉水的礦化度相對(duì)較高;Na+/K+值為所有樣品中最高,表明熱水受淺層地下水混入。當(dāng)讓溫泉泉口水溫為60℃,流量0.3L/s,pH值6.8。(3)仲堆民宿日東民宿勇查卡溫泉在北西向的赤土斷裂帶以泉群的形式出露于花崗巖中,屬基巖裂隙水。泉水無(wú)色透明,有H2S氣味,泉口有白色硫單質(zhì)沉淀。水溫49℃,熱儲(chǔ)溫度73.8℃,流量0.8L/s,pH值9.5。礦化度很低,地下水徑流速度很快,水/巖相互作用小。仲堆溫泉出露于碧擁斷層與貢嶺斷裂帶的交錯(cuò)處。日東溫泉位于日瓦鄉(xiāng)日東村。兩泉位于山的同一山坡。泉水從第四系鈣華中溢出,無(wú)色無(wú)味,有少量氣泡。仲堆溫泉出口處水溫41℃,熱儲(chǔ)溫度127.8℃,流量0.3L/s,pH值6.8。日東溫泉出口處水溫45℃,熱儲(chǔ)溫度119.4℃,流量0.08L/s,pH值為6.7。兩泉礦化度為全區(qū)最高,Na+/K+值相對(duì)較低,說(shuō)明溫泉地下水滯留時(shí)間長(zhǎng),水/巖作用充分,受淺層地下水的混入較少。茶花溫泉位于北東向的尼隆斷裂帶上,泉口部分被第四系殘坡積物覆蓋。泉水無(wú)色透明,略有H2S氣味。泉口水溫30℃,熱儲(chǔ)溫度66.3℃,流量1.6L/s,pH值9.4,泉水礦化度很低,地下水徑流速度快,水/巖作用小。(4)回用型水三泉出露于北西向的恰斯斷裂帶上。泉口水溫38℃,流量2L/s,pH值近中性。根據(jù)以上溫泉特征及水化學(xué)分析結(jié)果(表1),可以將本區(qū)溫泉分為三類:1)茹布溫泉、勇查卡溫泉、茶花溫泉三泉皆為pH大于9的堿性泉,礦化度很低,甚至低于一般地下水,離子類型及含量都相差不大,泉水屬氯化物-重碳酸型水。三泉皆從花崗巖裂隙中出露。其中,茹布溫泉、勇查卡溫泉的水溫較高,流量較大,補(bǔ)給源穩(wěn)定,具有很大的開發(fā)潛力。2)各瓦溫泉、東朗溫泉、當(dāng)讓溫泉、仲堆溫泉、日東溫泉五泉皆屬pH值為7左右的中性泉,屬重碳酸型水,陽(yáng)離子以Na+為主,陰離子以HCO-3為主,礦化度相對(duì)第一類偏高。其中,仲堆、日東兩泉水化學(xué)性質(zhì)上有很大的共通性,且位于同一山坡,說(shuō)明兩泉的補(bǔ)給源相同。3)恰斯溫泉的水化學(xué)特征和其他溫泉有很大不同,說(shuō)明其補(bǔ)給源和循環(huán)系統(tǒng)也有別于其他溫泉。該泉屬于硫酸鹽型低礦泉,且具被蒸汽加熱的特征。因其流量大且穩(wěn)定,具有較好的開發(fā)前景。2各溫泉的單烷基地球化學(xué)特征2.1地表與水文樣現(xiàn)場(chǎng)采樣分夏、冬兩季進(jìn)行(所采水樣為溫泉水的天然露頭),為與其他水體進(jìn)行比較研究,同時(shí)還采取了地表水樣與河水樣(圖1)。樣品制備:氫用金屬鈾法,氧用CO2平衡法;用MAT251同位素質(zhì)譜計(jì)測(cè)定氫、氧同位素組成(同位素標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)于SMOW測(cè)定精度:δD±0.1%,δ18O±0.001%)。結(jié)果如表2所示。2.2溫泉水同位素組成稻城各水體的同位素組成(表2)可歸納為如下幾點(diǎn)。氫、氧同位素組成:1)大部分溫泉的δD、δ18O值低于同一地點(diǎn)的地表水或河水;2)同位素季節(jié)性變化明顯,夏季溫泉水的δD、δ18O值低于冬季溫泉水,與大氣降水相比,表現(xiàn)出明顯的反季節(jié)性效應(yīng)。這種季節(jié)性差異比較大的溫泉有茹布溫泉、各瓦溫泉、日東溫泉。日東溫泉的季節(jié)性差異為全區(qū)最大;3)當(dāng)讓溫泉、仲堆溫泉、茶花溫泉、恰斯溫泉的δD、δ18O值略高于茹布溫泉、東朗溫泉、各瓦溫泉、勇查卡溫泉與日東溫泉。其中,δD、δ18O值最高的為恰斯溫泉,最低則為夏季的日東溫泉水。T(氚)同位素:溫泉水的T值相對(duì)于地表水季節(jié)性差異非常大,有的甚至達(dá)數(shù)倍之多。如東朗溫泉夏季T值為5TU,冬季則高達(dá)37.4TU。為了更直觀地說(shuō)明稻城溫泉水同位素組成的特點(diǎn)及規(guī)律,將夏、冬兩季溫泉水、地表水的同位素組成標(biāo)注在δD-δ18O圖上(圖2):各水體的同位素組成主要呈現(xiàn)兩個(gè)端員,溫泉水的同位素組成為一端員,主要落在全球大氣降水線的左上方,富輕同位素;地表水、河水的同位素組成則為另一端員,主要落在全球大氣降水線的右下方,沿蒸發(fā)線的方向展布,同位素組成富重,表明地表水曾經(jīng)歷過(guò)較強(qiáng)烈的蒸發(fā)。作者認(rèn)為,該區(qū)溫泉水的δD、δ18O值低于地表水或河水,有以下原因:第一,地下水深循環(huán)作用的影響,但這不是主要原因。因?yàn)槿绻麅H僅是地下水深循環(huán)作用,則同位素季節(jié)性效應(yīng)應(yīng)該被平滑掉了(而該區(qū)溫泉水的同位素季節(jié)性變化非常明顯),也無(wú)法解釋水體含氚及氚值夏季與冬季高達(dá)數(shù)倍的差異。第二,夏季高山雪融水沿地表徑流直接混入或由斷層、斷裂滲入溫泉水。這應(yīng)該是夏季溫泉水δD、δ18O值低的主要原因。稻城屬于高原高山地區(qū),斷層、裂隙非常發(fā)育,溫泉幾乎都沿?cái)鄬?、斷裂出?且補(bǔ)給高程都在3500m以上。夏季溫度高,高山積雪溶融量大,溫泉受雪融水的直接或間接混入比例相對(duì)地下水的補(bǔ)給大,冬季則轉(zhuǎn)由地下水的補(bǔ)給為主。所以,表現(xiàn)在季節(jié)性差異上,夏季溫泉水δD、δ18O值明顯富輕,冬季明顯富重。氚值的變化更是如此,冬季甚至是夏季的數(shù)倍。2.3各流量源水體的共同特征及補(bǔ)充、直徑和排放關(guān)系的分析(1)地下水水夏季、夏季分布特征二者的補(bǔ)給高度均在4200m以上,δD、δ18O季節(jié)性差異明顯且夏季相對(duì)富輕同位素組成,呈現(xiàn)與大氣降水同位素季節(jié)效應(yīng)相反的特征。說(shuō)明兩溫泉泉水夏季受δD、δ18O值138高志友等/四川稻城地?zé)豳Y源的分布特點(diǎn)及溫泉水的同位素地球化學(xué)特征較低的常年積雪溶融水混入的影響比較多,冬季則主要由δD、δ18O值較高的淺層地下水補(bǔ)給。氚含量冬季大大高于夏季,甚至達(dá)數(shù)倍之多,進(jìn)一步說(shuō)明夏季主要由低氚的冰雪溶融水混入補(bǔ)給,而冬季隨著地下水所占比例的升高,氚值也明顯上升;溫泉水的δD、δ18O值大大低于附近地表水,揭示兩溫泉與附近地表水無(wú)直接補(bǔ)給關(guān)系,而是來(lái)自于高度更高的水源。(2)露頭水質(zhì)水量和補(bǔ)給源高度這兩個(gè)溫泉的補(bǔ)給源高度均在3700～3900m左右,夏季的δD、δ18O、T值含量均十分接近,可能為補(bǔ)給源相同的同一含水層的不同露頭。兩溫泉夏季氚含量?jī)H為5TU,且補(bǔ)給源高度不高,表明夏季泉水以滯留時(shí)間較長(zhǎng)的地下水補(bǔ)給為主,而不是來(lái)自于積雪溶融水。東朗溫泉δD、δ18O值季節(jié)性差異不大,冬季相對(duì)富重,氚含量明顯高于夏季,說(shuō)明該溫泉冬季主要由淺層地下水補(bǔ)給,可能還受當(dāng)時(shí)降雪及氚滲漏效應(yīng)的影響。當(dāng)讓溫泉的δD、δ18O值季節(jié)性差異很大,冬季明顯富重且氚含量高于夏季,說(shuō)明冬季主要由近年的地表滲濾水補(bǔ)給。(3)、18o值季節(jié)性變化補(bǔ)給源高度在4400m以上,也是由δD與δ18O值偏低的常年冰雪溶融水補(bǔ)給。δD、δ18O值季節(jié)性變化小反映其補(bǔ)給源穩(wěn)定,運(yùn)移途徑遠(yuǎn),地下含水層庫(kù)儲(chǔ)量大,水混合均勻。氚的季節(jié)性變化顯著,冬季氚值成倍升高(幾乎是夏季的6倍)可能是受氚滲漏效應(yīng)和表層雪溶融的影響。地表水同位素組成與溫泉水基本吻合,說(shuō)明它們可能由同一補(bǔ)給源補(bǔ)給。(4)樣品含量和補(bǔ)給補(bǔ)給高度為3900m左右,夏季δD與δ18O值為所有樣品中最低,主要由常年積雪溶融水補(bǔ)給。冬季溫泉水的δD比附近的地表水還高,實(shí)屬異常,還需進(jìn)一步研究。(5)茶花溫泉冬季因交通困難未能取樣。從其夏季的同位素組成來(lái)看,與當(dāng)?shù)氐乇硭嘟?說(shuō)明該溫泉主要受當(dāng)?shù)卮髿饨邓a(bǔ)給。(6)溫泉水補(bǔ)給區(qū)的季節(jié)和地表水、水文同位素組成夏季因河水上漲,泉口淹沒未能采樣。其冬季δD值為所有樣品的最高值,主要是由于海拔較低,且冬季主要由近年的當(dāng)?shù)卮髿饨邓a(bǔ)入的地下水補(bǔ)給,氚含量較高也說(shuō)明主要補(bǔ)給源并非老水。分析表明受青藏高原復(fù)雜地形的影響,研究區(qū)內(nèi)溫泉水的補(bǔ)給區(qū)海拔一般都在3500m以上,甚至來(lái)源于高山冰雪溶融水,因此出現(xiàn)大部分溫泉夏季δD與δ18O值較低的現(xiàn)象。除勇查卡溫泉外,各溫泉水的季節(jié)性差異均比較明顯,這是由于夏季受高山冰雪溶融水的補(bǔ)給比例相對(duì)較大,地下水的補(bǔ)給量較少。冬季地下水補(bǔ)給量相對(duì)增加,部分溫泉轉(zhuǎn)入以地下水的補(bǔ)給為主,如茹布溫泉與日東溫泉。大部分地表水、河水同位素組成高于同一地的溫泉水,結(jié)合當(dāng)?shù)仫L(fēng)大、紫外線輻射強(qiáng)、蒸發(fā)量大于降水量等因素,表明地表水經(jīng)歷過(guò)強(qiáng)烈的蒸發(fā)。氚值季節(jié)性差異明顯,均為冬季高于夏季,甚至達(dá)數(shù)倍之多,進(jìn)一步說(shuō)明夏季溫泉水以氚含量低的高山常年冰雪溶融水混入補(bǔ)給為主,冬季以氚含量較高的地下水補(bǔ)給為主。3地下水水資源分析稻城縣地?zé)崴膹搅骱团判故軜?gòu)造作用控制,斷裂通過(guò)的地帶地下徑流強(qiáng)烈,特別是深大斷裂發(fā)育處,地下水徑流較深,是形成溫泉的主要地帶。該區(qū)溫泉呈成帶分布,主要出露于斷裂、斷層上的花崗巖體邊緣,特別是深大斷裂(北東走向的尼隆、碧擁斷裂,北西走向的赤土斷裂)或斷裂交匯地帶,溫泉往往以群的形式出露。區(qū)內(nèi)溫泉水的補(bǔ)給區(qū)海拔一般都在3500m以上,甚至來(lái)源于高山冰雪溶融水,夏季溫泉水以富輕同位素組成的高山雪溶融水補(bǔ)給為主,冬季以相對(duì)富重同位素組成的淺層地下水補(bǔ)給為主。研究表明,茹布地?zé)釁^(qū)(茹布溫泉)、貢嶺地?zé)釁^(qū)(勇查卡溫泉、仲堆及日東溫泉)、恰斯地?zé)釁^(qū)(恰斯溫泉)開發(fā)潛力較大,應(yīng)為該區(qū)地?zé)豳Y源勘查開發(fā)評(píng)價(jià)的A級(jí)優(yōu)勢(shì)靶區(qū)。茹布溫泉泉水溫度高(69℃),流量大,礦化度低,熱儲(chǔ)溫度